Chi tiết blog

Từ nguyên tắc cơ bản về vật liệu đến chiến lược làm sạch theo quy trình

Mặc dù cả tấm silicon và tấm thủy tinh đều có chung mục tiêu là được “làm sạch”, nhưng những thách thức và phương thức hỏng hóc mà chúng gặp phải về cơ bản là khác nhau. Những khác biệt này phát sinh từ:

• Các tính chất vật chất bên trong của silicon và thủy tinh

• Yêu cầu đặc điểm kỹ thuật riêng biệt của họ

• Những “triết lý” làm sạch rất khác nhau được thúc đẩy bởi các ứng dụng cuối cùng của chúng

Trước khi so sánh các quá trình, chúng ta cần hỏi:Chính xác thì chúng ta đang làm sạch những gì và những chất gây ô nhiễm nào có liên quan?

Chúng tôi đang dọn dẹp những gì? Bốn loại chất gây ô nhiễm chính

Các chất gây ô nhiễm trên bề mặt wafer có thể được chia thành bốn loại:

1. Chất gây ô nhiễm hạt

Ví dụ: bụi, hạt kim loại, hạt hữu cơ, hạt mài mòn từ CMP, v.v.

Sự va chạm:

• Có thể gây ra lỗi mẫu

• Dẫn đến đoản mạch hoặc hở mạch trong cấu trúc bán dẫn

2. Chất gây ô nhiễm hữu cơ

Ví dụ: dư lượng chất cản quang, phụ gia nhựa, dầu da, dư lượng dung môi, v.v.

Sự va chạm:

• Có thể hoạt động như “mặt nạ”, cản trở quá trình ăn mòn hoặc cấy ion

• Giảm độ bám dính của các màng mỏng tiếp theo

3. Chất gây ô nhiễm ion kim loại

Ví dụ: Fe, Cu, Na, K, Ca… có nguồn gốc chủ yếu từ thiết bị, hóa chất và sự tiếp xúc của con người.

Sự va chạm:

• Trong chất bán dẫn: các ion kim loại là chất gây ô nhiễm “sát thủ”. Chúng tạo ra các mức năng lượng trong vùng cấm, làm tăng dòng rò, rút ​​ngắn tuổi thọ sóng mang và làm giảm hiệu suất điện nghiêm trọng.

• Trên kính: chúng có thể làm giảm chất lượng màng mỏng và độ bám dính.

4. Lớp oxit tự nhiên hoặc lớp biến đổi bề mặt

• Tấm silicon:
  Một lớp silicon dioxide (SiO₂) mỏng (oxit tự nhiên) hình thành tự nhiên trong không khí. Độ dày và tính đồng nhất của nó rất khó kiểm soát và phải loại bỏ hoàn toàn khi chế tạo các cấu trúc quan trọng như oxit cổng.

• Tấm kính:
  Thủy tinh bản thân nó là một mạng lưới silica, do đó không có “lớp oxit tự nhiên” riêng biệt nào để loại bỏ. Tuy nhiên, bề mặt có thể bị biến đổi hoặc bị ô nhiễm, tạo thành một lớp vẫn cần được loại bỏ hoặc làm mới.

I. Mục tiêu cốt lõi: Hiệu suất điện so với sự hoàn hảo về thể chất

Tấm silicon

cácmục tiêu chínhviệc làm sạch là để đảm bảohiệu suất điện.

Thông số kỹ thuật điển hình bao gồm:

• Số lượng và kích thước hạt cực thấp (ví dụ: loại bỏ hiệu quả các hạt ≥ 0,1 μm)

• Nồng độ ion kim loại cực thấp (ví dụ: Fe, Cu 10¹⁰ nguyên tử/cm2 trở xuống)

• Mức dư lượng hữu cơ rất thấp

Ngay cả ô nhiễm dấu vết cũng có thể dẫn đến:

• Đoản mạch hoặc hở mạch

• Dòng rò tăng

• Lỗi toàn vẹn oxit cổng

Tấm kính

Là chất nền, tấm thủy tinh tập trung vàotính toàn vẹn vật lý và tính ổn định hóa học.

Thông số kỹ thuật chính nhấn mạnh:

• Không có vết trầy xước hoặc vết bẩn không thể loại bỏ

• Bảo toàn độ nhám và hình học bề mặt ban đầu

• Độ sạch trực quan và bề mặt ổn định cho các quá trình tiếp theo (ví dụ: lớp phủ, lắng đọng màng mỏng)

Nói cách khác,làm sạch silicon được định hướng theo hiệu suất, trong khiViệc lau kính chú trọng đến vẻ bề ngoài và tính toàn vẹn—trừ khi thủy tinh được sử dụng ở cấp độ bán dẫn.

II. Bản chất vật chất: Tinh thể và vô định hình

Silicon

• Vật liệu tinh thể

• Phát triển một cách tự nhiên lớp oxit tự nhiên SiO₂ không đồng nhất

• Oxit này có thể đe dọa hiệu suất điện và thường phải đượcloại bỏ thống nhất và hoàn toàntrong các bước quy trình quan trọng

Thủy tinh

• Mạng lưới silica vô định hình

• Thành phần khối tương tự như lớp oxit silic trên silicon

• Rất dễ bị:

  • Khắc nhanh ở HF

  • Xói mòn do kiềm mạnh, có thể làm tăng độ nhám bề mặt hoặc làm biến dạng hình học

Kết quả:

• Làm sạch wafer silicon có thể chịu đựng đượckiểm soát, khắc ánh sángđể loại bỏ các chất gây ô nhiễm và oxit tự nhiên.

• Việc làm sạch tấm wafer kính phải được thực hiệndịu dàng hơn nhiều, giảm thiểu sự tấn công vào chính chất nền.

III. Triết lý quy trình: Các chiến lược làm sạch khác nhau như thế nào

So sánh cấp cao

IV. So sánh các giải pháp làm sạch điển hình

Làm sạch wafer silicon

Mục tiêu làm sạch:
Loại bỏ triệt để:

• Chất ô nhiễm hữu cơ

• hạt

• Ion kim loại

• Oxit tự nhiên (nơi quy trình yêu cầu)

Quy trình điển hình: Tiêu chuẩn RCA sạch

• SPM (H₂SO₄/H₂O₂)
  Loại bỏ các chất hữu cơ nặng và dư lượng chất cản quang thông qua quá trình oxy hóa mạnh.

• SC1 (NH₄OH/H₂O₂/H₂O)
  Dung dịch kiềm loại bỏ các hạt thông qua sự kết hợp của các hiệu ứng nâng lên, khắc vi mô và tĩnh điện.

• DHF (HF pha loãng)
  Loại bỏ oxit tự nhiên và một số chất gây ô nhiễm kim loại.

• SC2 (HCl/H₂O₂/H₂O)
  Loại bỏ các ion kim loại thông qua quá trình tạo phức và oxy hóa.

Hóa chất chính:

• Axit mạnh (H₂SO₄, HCl)

• Chất oxy hóa mạnh (H₂O₂, ozon)

• Dung dịch kiềm (NH₄OH, v.v.)

Hỗ trợ vật chất và sấy khô:

• Làm sạch siêu âm để loại bỏ hạt hiệu quả, nhẹ nhàng

• Rửa bằng nước DI có độ tinh khiết cao

• Sấy hơi Marangoni/IPA để giảm thiểu hình thành vết mờ

Làm sạch wafer thủy tinh

Mục tiêu làm sạch:
Loại bỏ có chọn lọc các chất gây ô nhiễmbảo vệ bề mặt kínhvà duy trì:

• Độ nhám bề mặt

• Hình học và độ phẳng

• Chất lượng bề mặt quang học hoặc chức năng

Lưu lượng làm sạch đặc trưng:

1. Chất tẩy rửa có tính kiềm nhẹ với chất hoạt động bề mặt

   • Loại bỏ các chất hữu cơ (dầu, dấu vân tay) và các hạt bằng cách nhũ hóa và phân tán.

2. Chất tẩy rửa có tính axit hoặc trung tính (nếu cần)

   • Nhắm mục tiêu các ion kim loại và các chất gây ô nhiễm vô cơ cụ thể, sử dụng các chất chelat và axit nhẹ.

3. HF được tránh tuyệt đốitrong suốt quá trình để tránh làm hỏng chất nền.

Hóa chất chính:

• Chất tẩy rửa có tính kiềm yếu với:

  • Chất hoạt động bề mặt (ví dụ, ete alkyl polyoxyethylene)

  • Chất chelat kim loại (ví dụ: HEDP)

  • Dụng cụ làm sạch hữu cơ

Hỗ trợ vật chất và sấy khô:

• Làm sạch siêu âm và/hoặc siêu âm

• Nước rửa nhiều lần bằng nước tinh khiết

• Sấy khô nhẹ nhàng (nhấc máy chậm, sấy khô bằng hơi IPA, v.v.)

V. Thực tế làm sạch tấm wafer thủy tinh

Trong hầu hết các nhà máy chế biến kính hiện nay, quy trình làm sạch được thực hiệnđược thiết kế xoay quanh tính dễ vỡ và tính chất hóa học của thủy tinhvà do đó phụ thuộc nhiều vào chất tẩy rửa có tính kiềm yếu chuyên dụng.

Đặc tính chất tẩy rửa

• pH thường ở khoảng8–9

• Bao gồm:

  • Chất hoạt động bề mặt để nhũ hóa và tách dầu và dấu vân tay

  • Chất chelat để liên kết các ion kim loại

  • Phụ gia hữu cơ tăng cường khả năng làm sạch

• Được xây dựng để trở thànhăn mòn tối thiểuđến ma trận thủy tinh

Luồng quy trình

1. Làm sạch trong mộttắm kiềm yếu(kiểm soát nồng độ)

2. Hoạt động ở nhiệt độ phòng lên tới ~60°C

3. Sử dụngkhuấy siêu âmtăng cường loại bỏ chất gây ô nhiễm

4. Thực hiện nhiềunước rửa sạch

5. Áp dụng phương pháp sấy khô nhẹ nhàng (ví dụ, nhấc chậm khỏi bồn tắm, sấy khô bằng hơi IPA)

Dòng chảy này đáp ứng một cách đáng tin cậyđộ sạch trực quanvà chungđộ sạch bề mặtyêu cầu đối với các ứng dụng wafer thủy tinh tiêu chuẩn.

VI. Làm sạch wafer silicon trong xử lý chất bán dẫn

Để sản xuất chất bán dẫn, tấm silicon thường sử dụnglàm sạch RCA tiêu chuẩnnhư là quá trình xương sống.

• Có khả năng đánh địa chỉcả bốn loại chất gây ô nhiễmmột cách có hệ thống

• Cung cấpmức độ hạt, hữu cơ và ion kim loại cực thấpcần thiết cho hiệu suất thiết bị nâng cao

• Tương thích với việc tích hợp vào các luồng quy trình phức tạp (hình thành ngăn xếp cổng, cổng kim loại/k cao, v.v.)

VII. Khi kính phải đạt độ sạch ở cấp độ bán dẫn

Khi tấm thủy tinh di chuyển vàoứng dụng cao cấp-Ví dụ:

• Là chất nền trong quá trình bán dẫn

• Là nền tảng cho việc lắng đọng màng mỏng chất lượng cao

—phương pháp làm sạch bằng kiềm yếu truyền thống có thể không còn đủ nữa. Trong những trường hợp như vậy,khái niệm làm sạch chất bán dẫn được điều chỉnhvào thủy tinh, dẫn đếnchiến lược loại RCA được sửa đổi.

Chiến lược cốt lõi: RCA được pha loãng và tối ưu hóa cho kính

• Loại bỏ hữu cơ
  Sử dụng SPM hoặc các dung dịch oxy hóa nhẹ hơn như nước chứa ozone để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ.

• Loại bỏ hạt
  ThuêSC1 pha loãng caoTạinhiệt độ thấp hơnVàthời gian điều trị ngắn hơn, tận dụng:

  • Lực đẩy tĩnh điện

  • Khắc vi mô nhẹ nhàng
    đồng thời giảm thiểu sự tấn công vào bề mặt kính.

• Loại bỏ ion kim loại
  Sử dụngSC2 pha loãnghoặc các công thức HCl/HNO₃ loãng đơn giản hơn để chelate và loại bỏ các ion kim loại.

• Nghiêm cấm HF/DHF
  Phải tuyệt đối tránh các bước dựa trên HF để tránh ăn mòn kính và làm nhám bề mặt.

Trong suốt quá trình sửa đổi này, việc sử dụngcông nghệ siêu âm:

• Tăng cường đáng kể việc loại bỏ các hạt có kích thước nano

• Vẫn đủ nhẹ nhàng để bảo vệ bề mặt kính

Phần kết luận

Các quy trình làm sạch tấm silicon và tấm thủy tinh về cơ bản làđược thiết kế ngược lại với yêu cầu sử dụng cuối cùng của họ, tính chất vật liệu và hành vi hóa lý.

• Làm sạch tấm silicontheo đuổi“sạch ở cấp độ nguyên tử”để hỗ trợ hiệu suất điện.

• Làm sạch tấm wafer kínhưu tiên“Bề mặt hoàn hảo, không bị hư hại”có tính chất vật lý và quang học ổn định.

Khi các tấm thủy tinh ngày càng được tích hợp vào các ứng dụng bán dẫn và đóng gói tiên tiến, yêu cầu làm sạch của chúng chắc chắn sẽ bị thắt chặt. Việc lau kính bằng chất kiềm yếu truyền thống sẽ phát triển theo hướnggiải pháp tinh tế hơn, tùy chỉnh hơn, chẳng hạn nhưcác quy trình dựa trên RCA được sửa đổi, để đạt được mức độ sạch cao hơn mà không làm mất đi tính toàn vẹn của chất nền thủy tinh.